EP0493273A1

EP0493273A1 - Procédé de préparation de l'acide adipique par hydrocarboxylation d'acides penténiques

Info

Publication number: EP0493273A1
Application number: EP91420452A
Authority: EP
Inventors: Jean-Michel Grosselin; Philippe Denis; François Metz; Philippe Delis
Original assignee: Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1992-07-01
Anticipated expiration: 2011-12-16
Also published as: DE69102260D1; JPH07113000B2; JPH0539243A; CA2058043A1; US5268505A; FR2670779A1; DE69102260T2; CA2058043C; ES2054468T3; EP0493273B1; KR950011105B1; KR920011995A; FR2670779B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation de l'acide adipique par hydrocarboxylation d'acides penténiques, c'est-à-dire par réaction de l'eau et de l'oxyde de carbone sur au moins un acide penténique. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de préparation de l'acide adipique par hydrocarboxylation d'au moins un acide penténique en présence de rhodium ou d'un composé du rhodium et d'un promoteur iodé caractérisé en ce que la réaction est également conduite en présence d'au moins un co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par l'iridium, le ruthénium, l'osmium et leurs composés.

Description

La présente invention concerne un procédé de préparation de l'acide adipique par hydrocarboxylation d'acides penténiques, c'est-à-dire par réaction de l'eau et de l'oxyde de carbone sur au moins un acide penténique.
Dans la demande de brevet européen n° 188 209 il est proposé un procédé de préparation d'acides dicarboxyliques linéaires, en particulier de l'acide adipique par réaction d'acides monocarboxyliques insaturés, en particulier l'acide pentène-3 oïque, de l'oxyde de carbone et d'eau en présence d'un catalyseur à base de rhodium et d'un promoteur iodé la réaction étant conduite dans un solvant tel le chlorure de méthylène à une température de 100 à 240°C et sous une pression totale comprise entre 14 et 240 atm ; une température comprise entre 150 et 180°C et une pression totale comprise entre 24 et 40 atmosphères sont estimées préférables.
Le choix du solvant et la teneur en eau du milieu réactionnel sont critiques dans le cadre du procédé en cause ce qui constitue des contraintes difficilement acceptables à l'échelle industrielle.
Le brevet américain n° 3 579 552 enseigne l'utilisation d'un catalyseur à base de rhodium et d'un promoteur iodé dans les réactions d'hydrocarboxylation des oléfines et de certains de leurs dérivés. Toutefois la proportion d'acide linéaire reste insuffisante.
Le brevet américain n° 3 579 551 enseigne l'utilisation d'un catalyseur à base d'iridium et d'un promoteur iode dans les réactions d'hydrocarboxylation des oléfines et de certains de leurs dérivés. Toutefois l'activité d'un tel système reste insuffisante.
Dans un tel contexte il serait manifestement souhaitable de pouvoir disposer d'un système catalytique offrant simultanément une activité et une sélectivité en acide adipique améliorées et permettant de s'affranchir au moins partiellement des contraintes évoquées ci-avant.
La présente invention a donc pour objet un procédé de préparation d'acide adipique par hydrocarboxylation d'au moins un acide penténique en présence de rhodium ou d'un composé du rhodium et d'un promoteur iodé caractérisé en ce que la réaction est conduite également en présence d'au moins un co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par l'iridium, le ruthénium, l'osmium et leurs composés.
Par acide penténique, on entend dans le cadre de la présente invention l'acide pentène-2 oïque, l'acide pentène-3 oïque, l'acide pentène-4 oïque et leurs mélanges.
L'acide pentène-4 oïque conduit à de bons résultats, mais reste peu disponible.
L'acide pentène-3 oïque pris isolément ou en mélange avec ses isomères est plus particulièrement approprié compte-tenu de son accessibilité et des résultats satisfaisants auxquels il conduit dans le cadre du présent procédé.
Le procédé selon la présente invention nécessite la présence d'un catalyseur à base de rhodium. N'importe quelle source de rhodium est susceptible d'être mise en oeuvre.
A titre d'exemples de sources de rhodium susceptibles de convenir à la mise en oeuvre du présent procédé on peut citer :
Rh métal ; Rh₂O₃ ;
RhCl₃ ; RhCl₃, 3H₂O ;
RhBr₃ ; RhBr₃, 3H₂O ;
RhI₃ ; Rh(NO₃)₃ ; Rh(NO₃)₃, 2H₂O ;
Rh₂(CO)₄Cl₂ ; Rh₂(CO)₄Br₂ ; Rh₂(CO)₄I₂ ;
Rh(CO)Cl[P(C₆H₅)₃]₂
Rh[P(C₆H₅)₃]₂(CO)I
Rh[P(C₆H₅)₃]₃Br
Rh₄(CO)₁₂ ; Rh₆(CO)₁₆ ; Rh(CO)₂ (acac) ;
Rh(Cod)(acac)₂ ; Rh(acac)₃ ;
Rh₂(Cod)₂Cl₂ . Rh₂(CO₂CH₃)₄ ;
HRh(CO)[P(C₆H₅)₃]₃ ;
(Cod = cyclooctadiène-1,5 ; acac : acétylacétonate)
Conviennent plus particulièrement à la mise en oeuvre du présent procédé :
Rh₂(Cod)₂Cl₂ ;
Rh₂(CO)₄Cl₂ ;
RhI₃ ; RhCl₃, 3H₂O ; Rh(acac)₃ ;
Rh(Cod)(acac)₂ ; Rh₂(CO₂CH₃)₄ ; Rh₄(CO)₁₂ ;
et Rh_6(CO)16.
La quantité de rhodium à mettre en oeuvre peut varier dans de larges limites.
En général, une quantité exprimée en mole de rhodium métallique par litre de milieu réactionnel comprise entre 10⁻³ et 10⁻¹ conduit à des résultats satisfaisants. Des quantités inférieures peuvent être mise en oeuvre ; on observe toutefois que la vitesse de réaction est faible. Des quantités supérieures n'ont d'inconvénients qu'au plan économique.
De préférence, la concentration de rhodium est comprise entre 5.10⁻³ et 10⁻² (inclus) mol/l.
Par promoteur iodé on entend dans le cadre du présent procédé HI et les composés organoiodés capables de générer HI dans les conditions réactionnelles et, en particulier les iodures d'alkyles en C₁-C₁₀, l'iodure de méthyle étant plus particulièrement préconisé.
On remarquera que des composés tels RhI₃ peuvent être à la fois une source utile de rhodium et constituer tout ou partie du promoteur iodé.
La quantité de promoteur iodé à mettre en oeuvre est en général telle que le rapport molaire I/Rh soit supérieur ou égal à 0,1. Il n'est pas souhaitable que ce rapport excède 20. De préférence, le rapport molaire I/Rh est compris entre 1 et 4 (inclus).
La présence d'eau est indispensable à la conduite du procédé selon la présente invention. En général, la quantité d'eau à mettre en oeuvre est telle que le rapport molaire eau/acide(s) penténique(s) soit compris entre 1 et 10 (inclus).
Une quantité inférieure présente l'inconvénient de limiter la conversion. Une quantité supérieure n'est pas souhaitable en raison de la perte d'activité catalytique observée.
Le procédé selon la présente invention nécessite également la présence d'au moins un co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par l'iridium, le ruthénium, l'osmium et leur composés.
A titre d'exemple de sources d'iridium susceptibles de convenir à la mise en oeuvre du présent procédé on peut citer :
Ir métallique ; Ir O₂ ; Ir₂ O₃ ;
Ir Cl₃ ; Ir Cl₃ , 3 H₂O ;
Ir Br₃ ; Ir Br₃ , 3H₂O ;
Ir I₃ ;
Ir₂(CO)₄Cl₂ ; Ir₂(CO)₄I₂ ;
Ir₂(CO)₈ ; Ir₄(CO)₁₂ ;
Ir₂(CO)[P(C₆H₅)₃]₂ I ;
Ir(CO)[P(C₆H₅)₃]₂ Cl ;
Ir[P(C₆H₅)₃]₃I ;
HIr[P(C₆H₅)₃]₃(CO) ;
Ir(acac)(CO)₂
[IrCl(Cod]₂
(Cod : cyclooctadiène-1,5 ; acac : acétylacétonate)
A titre d'exemples de sources de ruthénium susceptibles de convenir à la mise en oeuvre du présent procédé, on peut citer :
Ru métallique ; RuO₂ ; RuO₄
RuCl₃ ; RuCl₃, 3H₃O ; RuBr₃ ; RuI₃ ; Ru(OAc)₃ ; RuCl₄
Ru(CO)₅ ; Ru(CO)₁₂ ; [Ru(CO)₃Br₂]₂ ; Ru(CO)₄I₂
Ru(acac)₃ ; Ru Cl(η-C₃H₅)
A titre d'exemple de sources d'osmium suceptibles de convenir à la mise en oeuvre du présent procédé, on peut citer :
Os métallique ; OsO ; Os₂O₃ ; OsO₂ : OsOF4 .
OsCl₃ ; OsBr₃ ; OsCl₃ , 3H₂O ;
OsCl₄ ;
Os₃(CO)₁₂
Parmi les sources d'iridium, conviennent plus particulièrement à la mise en oeuvre du présent procédé :
IrCl₃ ; IrCl(Cod)₂ ; Ir₄(CO)₁₂
Parmi les sources de ruthénium, conviennent plus particulièrement à la mise en oeuvre du présent procédé :
RuO₂ , H₂O ;
RuCl₃, H₂O ; RuCl₂(Cod) ; Ru₃(CO)₁₂) ; Ru(acac)₃
Parmi les sources d'osmium, conviennent plus particulièrement à la mise en oeuvre du présent procédé :
OsCl₃ ; Os₃(CO)₁₂
Le cocatalyseur est avantageusement choisi parmi l'iridium et ses composés.
Le rapport molaire du cocatalyseur exprimé en métal M par rapport au rhodium peut varier dans de larges limites par exemple entre 0,05 et 50 inclus.
De préférence le rapport M/Rh est compris entre 0,1 et 5 inclus.
Le procédé selon la présente invention est avantageusement conduit en phase liquide. Bien entendu, le milieu réactionnel peut renfermer un solvant ou diluant. A titre d'exemples de solvants ou diluants susceptibles d'être mis en oeuvre dans le cadre du présent procédé on peut citer : les acides carboxyliques aliphatiques saturés ou aromatiques, comportant un maximum 20 atomes de carbone, et les hydrocarbures aliphatiques saturés ou aromatiques, chlorés ou non, liquides dans les conditions réactionnelles.
Selon une variante avantageuse du présent procédé on recourt à un acide carboxylique aliphatique saturé en C₁-C₆ et, de préférence, à l'acide acétique.
Selon une autre variante avantageuse du présent procédé on recourt à un hydrocarbure aliphatique saturé chloré et, de préférence au chlorure de méthylène.
La quantité de solvant ou de diluant, lorsqu'un tel solvant ou diluant est présent dans le milieu réactionnel peut atteindre 99 % en volume dudit milieu. Pour une bonne mise en oeuvre de l'invention cette quantité sera supérieure ou égale à 10 % et, de préférence comprise entre 30 et 90 % en volume (inclus).
La température de réaction est généralement comprise entre 100 et 240°C. Pour une bonne mise en oeuvre de la présente invention la température sest comprise entre 160 et 190°C inclus.
La réaction est conduite sous pression supérieure à la pression atmosphérique. La pression totale peut varier dans de larges limites par exemple entre 2 et 150 bar. En général, de bons résultats sont observés pour des pressions comprises entre 5 et 50 bar.
On peut utiliser de l'oxyde de carbone sensiblement pur ou de qualité technique, tel qu'il se présente dans le commerce.
En fin de réaction ou du temps imparti à celle-ci on sépare l'acide adipique par tout moyen approprié, par exemple par extraction et/ou cristallisation.
Les exemples ci-après illustrent la présente invention.

EXEMPLES

EXEMPLE 1 :

Dans une ampoule de verre on introduit successivement 0,1 mmol de rhodium sous forme de [RhCl(Cod)]₂, 0,1 mmol d'iridium sous forme de IrCl₃, 20 mmol d'acide pentène-3 oïque, 35 mmol d'eau, 0,57 mmol d'HI sous forme d'une solution aqueuse à 57 % en poids et 10 ml d'acide acétique.
L'ampoule est alors placée dans un autoclave en acier inoxydable (HASTELLOY B2) et de 125 cm3 de capacité, préalablement purgé à l'argon.
L'autoclave est fermé hermétiquement, placé dans un four agité et raccordé à l'alimentation de gaz sous pression.
On admet à froid 2 bar de C0 dans l'autoclave et on le porte à 175°C en 25 minutes. La pression dans l'autoclave est alors de 4 bar. on régule celle-ci à 10 bar.
Après 30 minutes de réaction en température, l'absorption de C0 a cessé ; l'autoclave est alors refroidi et dégazé.
La masse réactionnelle est analysée par chromatographie en phase gazeuse et par chromatographie liquide haute performance.
Les quantités de produits formés (rendement molaire par rapport à l'acide pentène-3 oïque charge) sont les suivantes :

Le taux de linéarité (L) est de 76 %
Le taux de transformation de l'acide pentène-3 oïque (TT) est de 100 %.

EXEMPLES 2 et 3 ; Essais Témoins (a) et (b) :

Dans l'autoclave et selon le mode opératoire, décrits pour l'exemple 1, on réalise une première série d'essais, en ne modifiant que la nature du co-catalyseur.
Les conditions particulières ainsi que les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau I ci-après :

EXEMPLES 4 à 8 :

Dans l'autoclave et selon le mode opératoire, décrits dans l'exemple 1 on réalise une seconde série d'essais sur une charge renfermant à chaque fois divers composes du ruthénium comme co-catalyseur dont la nature figure au tableau II ci-après. Les résultats mentionnés dans ce tableau sont obtenus toutes conditions égales par ailleurs et t y représente la durée de réaction.

EXEMPLE 9 :

Dans l'autoclave et selon le mode opératoire, décrits pour l'exemple 1, on réalise un essai sur une charge renfermant 0,1 mmol de rhodium sous forme de RhI₃, 0,1 mmol d'iridium sous forme de IrCl₃, 20 mmol d'acide pentène-3 oïque, 35 mmol d'eau et 10 mmol d'acide acétique.
Après 35 minutes de réaction à 175°C sous 10 bar de pression totale, les résultats obtenus sont les suivants :

TT (%): = 100
AI (%): = 64
M4L (%): = 14
L (%): = 86

EXEMPLES 10 à 17 :

On réalise une troisième série d'essais sur une charge identique à celle utilisée à l'exemple 9 en modifiant la température de réaction (T) et/ou la pression totale en température (P). Les conditions particulières ainsi que les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau III ci-après :

EXEMPLE 18 :

On reproduit l'exemple 9 ci-avant en remplaçant IrCl₃ par la même quantité de [IrCl(Cod)]₂.
Toutes conditions égales par ailleurs, on obtient sensiblement les mêmes résultats.

EXEMPLE 19 :

On reproduit l'exemple 9 ci-avant en remplaçant IrCl₃ par la même quantité de Ir₄(C0)₁₂.
Toutes conditions égales par ailleurs, on obtient sensiblement les mêmes résultats.

EXEMPLE 20 :

On reproduit l'exemple 9 ci-avant en remplaçant RhI₃ par une quantité équivalente de [RhCl(Cod)]₂ et en ajoutant 0,3 mmol d'HI à la charge.
Toutes conditions égales par ailleurs, on obtient sensiblement les mêmes résultats.

EXEMPLES 21 à 26 ; essai temoin c :

On réalise une quatrième série d'essais sur une charge analogue à celle utilisée à l'exemple 9 à ceci près que la quantité de IrCl₃ et/ou la nature de l'acide pentènique chargé diffère. Les conditions particulières ainsi que les résultats obtenus à 175°C sous une pression totale de 10 bar sont rassemblés dans le tableau IV ci-après :

EXEMPLES 27 à 29 :

On réalise une cinquième série d'essais sur une charge analogue à celle de l'exemple 9 en faisant varier la concentration en eau du milieu réactionnel tout en conservant le volume total (eau + acide acétique) constant et égal à 12,5 ml.
Les conditions particulières ainsi que les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau V ci-après :

EXEMPLE 30 à 32 :

Dans l'autoclave et selon le mode opératoire, décrits pour l'exemple 1, on réalise une sixième série d'essais sur une charge renfermant 0,1 mmol d'iridium sous forme de IrCl₃, 20 mmol d'acide pentène-3 oïque, 39 mmol d'eau, 10 ml de solvant dont la nature précise figure au tableau VI ci-après, 0,1 mmol de rhodium sous forme de [RhCl(Cod)]₂ (exemples 30 et 31) ou sous forme de RhI₃ (exemple 32). Dans les exemples 30 et 31 la charge renferme en outre 0,3 mmol d'HI. Les résultats obtenus à 175°C ainsi que les conditions particulières sont rassemblés dans le tableau VI ci-après :

Claims

1° - Procédé de préparation de l'acide adipique par hydrocarboxylation d'au moins un acide penténique en présence de rhodium ou d'un composé du rhodium et d'un promoteur iodé caractérisé en ce que la réaction est également conduite en présence d'au moins un co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par l'iridium, le ruthénium, l'osmium et leurs composés.

2° - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport molaire du co-catalyseur exprimé en métal M par rapport au rhodium est compris entre 0,05 et 50 inclus.

3° - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le co-catalyseur est choisi parmi l'iridium et ses composés.

4° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration en rhodium est comprise entre 10⁻³ et 10⁻¹ mol/l.

5° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport molaire I/Rh est supérieur ou égal à 0,1 et, de préférence inférieur ou égal à 20.

6° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport molaire eau/acide(s) penténique(s) est compris entre 1 et 10.

7° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction est conduite en présence d'un acide carboxylique sature en C₁-C₆.

8° - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'acide carboxylique saturé est l'acide acétique.

9° - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la réaction est conduite en présence de chlorure de méthylène.

10° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport M/Rh est compris entre 0,1 et 5 inclus.

11° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport I/Rh est compris entre 1 et 4 inclus.

12° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de réaction est comprise entre 100 et 240°C et, de préférence, entre 160 et 190°C, inclus.

13° - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression est comprise entre 2 et 250 bar et, de préférence entre 5 et 50 bar inclus.